TWI596522B - 觸控面板、觸控螢幕與觸控電子裝置 - Google Patents

觸控面板、觸控螢幕與觸控電子裝置 Download PDF

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Description

觸控面板、觸控螢幕與觸控電子裝置
本發明係關於觸控技術，特別係關於壓力觸控技術。
習知的電容式觸控面板或螢幕的設計原理，是讓複數條感測電極平行於第一方向排列在上，複數條驅動電極平行於第二方向排列在下。即感測電極較接近外界的物體，驅動電極較接近下方的螢幕。在感測時，輪流令至少一條驅動電極發出驅動信號，令其他條驅動電極接地，量測複數條感測電極所感應的電流變化量，即可以偵測到接近或碰觸到觸控面板或螢幕的物體，並且計算出物體在觸控面板或螢幕上的位置。
習知設計的好處在於，當螢幕在下方發出大量電磁波干擾時，絕大部分接地的驅動電極可以充任屏蔽層，隔絕掉螢幕電磁波對上方感測電極所造成的干擾。除此之外，當外部導電物體接近但未碰觸到觸控面板/螢幕時，上層的感測電極與物體也可能形成電容式感應的導電迴路，致使觸控處理裝置得以偵測到在觸控面板/螢幕上方懸浮的物體。
但在某些應用當中，可能不欲令電容式觸控面板/螢幕偵測到懸浮的物體，而是只要偵測接觸按壓到觸控面板/螢幕的物體。據此，亟需一種能夠只偵測到接觸按壓到觸控面板/螢幕的物體之觸控面板/螢幕，及其相應的偵測方法。
在一實施例中，本發明提供一種觸控面板，包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。
其中上述之驅動電極層更包含複數條假電極，該些驅動電極與該假電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。在一變化中，該些假電極係連接到一直流電位。在另一變化中，該複數條驅動電極、該複數條感測電極與該些假電極均連接到一觸控處理裝置。
其中上述之彈性體層至少包含下列構造其中之一：均質彈性體層；圓柱體；橢圓柱體；多邊柱體；梯形多邊柱體；圓形斜面體；橢圓形斜面體；以及波浪狀體層。
其中上述之彈性體層具有間隙或是孔洞。
其中上述之觸控面板更包含鄰接於該驅動電極層的一透明保護層。
在一實施例中，本發明提供一種觸控螢幕，包含：一透明保護層；一螢幕；以及夾在該透明保護層與該螢幕之間的一觸控面板，包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。
在一實施例中，本發明提供一種觸控電子裝置，包含一觸控螢幕，該觸控螢幕包含：一透明保護層；一螢幕；以及夾在該透明保護層與該螢幕之間的一觸控面板。該觸控面板包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。該觸控電子裝置更包含一觸控處理裝置用於連接至該複數條驅動電極與該複數條感測電極。
本發明的目的之一，在於當觸控處理裝置偵測到某些感測電極的信號量增大時，即可以根據其增大的變化量，來判斷外部物件接觸觸控面板的位置，以及外部物件接觸觸控面板的壓力。
本發明的目的之一，在於可以利用申請人先前提出的各式技術來過濾在觸控面板底下之螢幕所發出的電磁波干擾。舉例來說，可以計算相鄰兩條電極之量測信號的差值，或者可以計算兩組差值的差值，稱之為雙差值。申請人先前已有多篇專利提及如何運用差值與/或雙差值來計算外部物件的位置，在此不再贅敘。
本發明的目的之一，在於當有導電液體停滯在觸控面板的表面時，也不會被誤認為觸控事件。
100‧‧‧觸控面板
110‧‧‧驅動電極
120‧‧‧彈性體層
130‧‧‧感測電極
210‧‧‧外部物件
310‧‧‧曲線
320‧‧‧曲線
第一圖為根據本發明一實施例的一觸控面板的一結構示意圖。
第二A圖為根據本發明一實施例的一外部物件210接近觸控面板100時的剖 面示意圖。
第二B圖為根據本發明一實施例的一外部物件210接觸觸控面板100時的剖面示意圖。
第三圖為根據本發明一實施例的一感測電極之感測信號的示意圖。
第四圖為根據本發明一實施例的彈性體層120的剖面示意圖。
本發明將詳細描述一些實施例如下。然而，除了所揭露的實施例外，本發明亦可以廣泛地運用在其他的實施例施行。本發明的範圍並不受該些實施例的限定，乃以其後的申請專利範圍為準。而為提供更清楚的描述及使熟悉該項技藝者能理解本發明的發明內容，圖示內各部分並沒有依照其相對的尺寸而繪圖，某些尺寸與其他相關尺度的比例會被突顯而顯得誇張，且不相關的細節部分亦未完全繪出，以求圖示的簡潔。
請參考第一圖所示，其為根據本發明一實施例的一觸控面板100的一結構示意圖。在本申請當中，為了方便說明起見，以觸控面板一詞來表示底下包含螢幕的觸控螢幕，以及底下不包含螢幕的觸控面板。在觸控面板之上，也可以包含一透明保護層，以免外部物件刮傷刮壞觸控面板。此觸控面板100包含上方的平行於第一軸的複數條驅動電極110，中間的彈性體層120，以及下方的平行於第二軸的複數條感測電極130。這些複數條驅動電極110與複數條感測電極130均連接至一觸控處理裝置。
複數條驅動電極110與複數條感測電極130可以是由透明的導電物質所形成，例如各自形成在透明基板上的銦錫氧化物(ITO,Indium Tin Oxide)。如第一圖所示，複數條驅動電極110可以是長條狀，也可以是其他 形狀。本領域的普通技術人員可以理解到驅動電極110與感測電極130的形狀有許多種，本發明並不限定驅動電極110與感測電極130的形狀。
需要注意的是，本發明的特徵之一，在於複數條驅動電極110覆蓋了觸控面板100的大部分面積。或者說，複數條驅動電極110的暴露面積占了觸控面板100之面積的某一比例之上，比方說百分之八十、百分之九十、甚或百分之九十五以上。
本發明使用複數條驅動電極110來屏蔽外部物體與下方的複數條感測電極130形成電容式耦合或感應。因此，當外部導電物件尚未接觸但接近觸控面板時，外部導電物件並不會和複數條感測電極形成電容式耦合或感應。
在另一實施例中，觸控面板100可以更包含與驅動電極110同層的多個假電極(dummy electrode)。這些並未示於第一圖中的假電極可以安排在複數條驅動電極110之間，使得複數條驅動電極110與假電極的暴露面積占了觸控面板100之面積的某一比例之上，比方說百分之八十、百分之九十、甚或百分之九十五以上。這些假電極同樣可以用於屏蔽感測電極130與外部導電物件的感應，在一實施例中，該些假電極是接地或連接一直流電位，特別是可以透過該觸控處理裝置來接地或連接一直流電位。在另一實施例中，該些假電極是不接地或不連接到其他線路或元件的。在本發明的最佳態樣(Best mode)中，接地的電極(驅動電極或驅動電極加上假電極)的暴露面積占了觸控面板的百分之九十以上。
請參考第二A圖所示，其為根據本發明一實施例的一外部物件210接近觸控面板100時的剖面示意圖。由於外部物件210尚未接觸觸控面 板100，因此上述的彈性體層120並未受力，其彈力令上方的驅動電極110與下方的感測電極130維持一定的正常距離。在此正常距離時，驅動電極110與感測電極130的電容量為Cnormal。
假設外部物件210連接到地面，所以驅動電極110與外部導電物件210形成電容式耦合的電路。驅動電極110所發出之驅動信號的某部分電能透過外部導電物件210接到地面，感測電極130所感應到的驅動信號反而可能減弱。假設外部物件210並未連接到地面，驅動電極110不與外部物件210形成電容式耦合的電路，所以感測電極130所感應到的驅動信號並不會改變。
當外部導電物件靠近傳統電容式觸控面板時，感測電極所感應到的驅動信號將會因為外部導電物件而增大。藉此可以得知，根據本發明實施例的感測電極130在外部物件靠近時，所偵測到的驅動信號只會持平或減弱。而傳統觸控面板的感測電極在外部導電物件靠近時，所偵測到的驅動信號可能持平或增強。
請參考第二B圖所示，其為根據本發明一實施例的一外部物件210接觸觸控面板100時的剖面示意圖。由於外部物件210已經接觸觸控面板100，因此上述的彈性體層120受力向下發生形變，其彈力無法抵抗外部物件210的壓力，即不能令上方的驅動電極110與下方的感測電極130維持一定的正常距離。在彼此距離減少時，驅動電極110與感測電極130的受壓電容量為Cpressed。
由於驅動電極110與感測電極130的面積不變，兩者之間的距離縮小，因此正常電容量Cnormal小於受壓電容量Cpressed。換言之，在受到壓迫 的情況下，感測電極130與驅動電極110間的電容式耦合或感應量增大，使得感測電極130所感應到的驅動信號量隨之增大。當觸控處理裝置偵測到某些感測電極130的信號量增大時，即可以根據其增大的變化量，來判斷外部物件210接觸觸控面板的位置，以及外部物件210接觸觸控面板的壓力。
另外需要說明的是，本發明所示實施例的下方若有螢幕時，複數條感測電極130將會受到螢幕所發出的電磁波干擾。由於螢幕所發出的電磁波干擾可以視為均質雜訊，或至少對相鄰兩條感測電極130的干擾幾乎相當。無論是否受到螢幕的電磁波干擾，均可以利用申請人先前提出的各式技術來過濾螢幕所發出的電磁波干擾。舉例來說，可以計算相鄰兩條電極之量測信號的差值，或者可以計算兩組差值的差值，稱之為雙差值。申請人先前已有多篇專利提及如何運用差值與/或雙差值來計算外部物件的位置，在此不再贅敘。
請參考第三圖所示，其為根據本發明一實施例的一感測電極之感測信號的示意圖。第三圖包含上下兩條曲線310與320，其橫軸為時間，縱軸為感測信號量。請參考曲線310，當外部導電物件緩慢接近該觸控面板時，相應的感測電極首先會感受到較一基準值少的信號量。接著由於外部導電物件壓迫該觸控面板，使得其感測信號量要大於平常的基準值。
請參考曲線320，當外部物件為不連通到地面的非導電物件時，或者是外部導電物件很快地接觸壓迫到該觸控面板時，相應的感測電極只會在外部物件接觸到該觸控面板之後，才會感測到較該基準值大的信號量。
從第三圖的兩條曲線310與320中可以得知，觸控處理裝置只 需要針對較基準量大的感測信號值進行處理，即可以濾去接近但未接觸觸控面板的外部物件所引發的觸控事件，而且還不論外部物件是否連接到地面。
根據本發明之實施例還提供一個優點，那就是當有導電液體停滯在觸控面板的表面時，也不會被誤認為觸控事件。在某些情況下，觸控面板可能需要暴露在嚴苛的環境使用，導電度很高的海水可能會停滯在觸控面板上，若被誤認為觸控事件時，可能導致觸控面板無法正常操作。由於導電液體的重量很輕，對觸控面板造成的壓力甚微，所以對上述的正常電容值Cnormal影響極其有限。而複數條驅動電極又屏蔽了導電液體與感測電極之間的電容式耦合或感應，因此導電液體不會被誤認為外部物件。
請參考第四圖所示，其為根據本發明一實施例的彈性體層120的剖面示意圖。第四圖包含四種範例，其中範例(d)為最簡單的均質彈性體層，亦即第一圖所示的範例。範例(a)包含上下兩層，其中上層為多個突起物。這些突起物可以是圓柱狀或橢圓柱狀，也可以是塊狀，或者為圓柱狀與塊狀突起。範例(b)的上層突起物的上表面較範例(a)的上層突起物的上表面圓滑，剖面上可以呈現波浪狀。範例(c)的上層突起物可以是梯形體，也可以是圓形斜面體，還可以是橢圓形斜面體，或是其組合。
簡單地說，彈性體層120的上層具有間隙或是孔洞，使得彈性體層120更容易因為受到壓力而產生形變，使得電容值有所變化。當然彈性體層120的用途也包含在未受到壓力時能夠令觸控面板恢復原狀，讓電容值能夠回復到正常值。
在一實施例中，本發明提供一種觸控面板，包含：一驅動電 極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。
其中上述之驅動電極層更包含複數條假電極，該些驅動電極與該假電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。在一變化中，該些假電極係連接到一直流電位。在另一變化中，該複數條驅動電極、該複數條感測電極與該些假電極均連接到一觸控處理裝置。
其中上述之彈性體層至少包含下列構造其中之一：均質彈性體層；圓柱體；橢圓柱體；多邊柱體；梯形多邊柱體；圓形斜面體；橢圓形斜面體；以及波浪狀體層。
其中上述之彈性體層具有間隙或是孔洞。
其中上述之觸控面板更包含鄰接於該驅動電極層的一透明保護層。
在一實施例中，本發明提供一種觸控螢幕，包含：一透明保護層；一螢幕；以及夾在該透明保護層與該螢幕之間的一觸控面板，包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。
其中上述之驅動電極層更包含複數條假電極，該些驅動電極與該假電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。在一變化 中，該些假電極係連接到一直流電位。在另一變化中，該複數條驅動電極、該複數條感測電極與該些假電極均連接到一觸控處理裝置。
其中上述之彈性體層至少包含下列構造其中之一：均質彈性體層；圓柱體；妥圓柱體；多邊柱體；梯形多邊柱體；圓形斜面體；橢圓形斜面體；以及波浪狀體層。
其中上述之彈性體層具有間隙或是孔洞。
在一實施例中，本發明提供一種觸控電子裝置，包含一觸控螢幕，該觸控螢幕包含：一透明保護層；一螢幕；以及夾在該透明保護層與該螢幕之間的一觸控面板。該觸控面板包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。該觸控電子裝置更包含一觸控處理裝置用於連接至該複數條驅動電極與該複數條感測電極。
100‧‧‧觸控面板
110‧‧‧驅動電極
120‧‧‧彈性體層
130‧‧‧感測電極

Claims (9)

  1. 一種電容式觸控面板，包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十，使得連接至該觸控面板的一觸控處理裝置濾去接近但未接觸該觸控面板的外部物件所引發的觸控事件。
  2. 如申請專利範圍第1項的觸控面板，其中上述之驅動電極層更包含複數條假電極，該些驅動電極與該假電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十。
  3. 如申請專利範圍第2項的觸控面板，其中上述之該些假電極係連接到一直流電位。
  4. 如申請專利範圍第2項的觸控面板，其中上述之該複數條驅動電極、該複數條感測電極與該些假電極均連接到一觸控處理裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項的觸控面板，其中上述之彈性體層至少包含下列構造其中之一： 均質彈性體層；圓柱體；橢圓柱體；多邊柱體；梯形多邊柱體；圓形斜面體；橢圓形斜面體；以及波浪狀體層。
  6. 如申請專利範圍第1項的觸控面板，其中上述之彈性體層具有間隙或是孔洞。
  7. 如申請專利範圍第1項的觸控面板，其中上述之觸控面板更包含鄰接於該驅動電極層的一透明保護層。
  8. 一種電容式觸控螢幕，包含：一透明保護層；一螢幕；以及夾在該透明保護層與該螢幕之間的一觸控面板，包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅 動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十，使得連接至該觸控面板的一觸控處理裝置濾去接近但未接觸該觸控面板的外部物件所引發的觸控事件。
  9. 一種觸控電子裝置，包含：一電容式觸控螢幕，該觸控螢幕包含：一透明保護層；一螢幕；以及夾在該透明保護層與該螢幕之間的一觸控面板，該觸控面板包含：一驅動電極層，包含平行於第一軸的複數條驅動電極；一感測電極層，包含平行於第二軸的複數條感測電極；以及夾在該驅動電極層與該感測電極層的一彈性體層，其中該複數條驅動電極所占的面積大於該觸控面板的面積的百分之八十；以及一觸控處理裝置用於連接至該複數條驅動電極與該複數條感測電極，該觸控處理裝置濾去接近但未接觸該觸控面板的外部物件所引發的觸控事件。
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